Una estación total o teodolito de estación total es un instrumento electrónico/óptico utilizado para topografía y construcción de edificios . Es un teodolito electrónico de tránsito integrado con un medidor electrónico de distancia (EDM) para medir ángulos verticales y horizontales y la distancia de pendiente desde el instrumento hasta un punto en particular, y una computadora a bordo para recopilar datos y realizar cálculos de triangulación . [1]
Las estaciones totales robóticas o motorizadas permiten al operador controlar el instrumento a distancia mediante un control remoto. En teoría, esto elimina la necesidad de un asistente, ya que el operador sostiene el retrorreflector y controla la estación total desde el punto observado. Sin embargo, en la práctica, a menudo se necesita un asistente de topógrafo cuando se realizan mediciones en áreas concurridas, como una vía pública o un sitio de construcción. Esto es para evitar que las personas interrumpan la estación total al pasar, lo que requeriría restablecer el trípode y restablecer una línea base. Además, un asistente de topógrafo desalienta el robo oportunista, lo cual no es infrecuente debido al valor del instrumento. Si todo lo demás falla, la mayoría de las estaciones totales tienen números de serie. La Sociedad Nacional de Topógrafos Profesionales alberga un registro de equipos robados que pueden consultar las instituciones que realizan el mantenimiento de equipos de topografía para evitar que circulen instrumentos robados. [2] Estas estaciones totales motorizadas también se pueden utilizar en configuraciones automatizadas conocidas como "estación total motorizada automatizada".
La mayoría de los instrumentos de estación total miden ángulos mediante el escaneo electroóptico de códigos de barras digitales extremadamente precisos grabados en cilindros o discos de vidrio giratorios dentro del instrumento. Las estaciones totales de mejor calidad son capaces de medir ángulos dentro de una desviación estándar de 0,5 segundos de arco . Las estaciones totales económicas "de calidad para construcción" generalmente pueden medir ángulos dentro de desviaciones estándar de 5 o 10 segundos de arco.
La medición de ángulos se realiza generalmente cuando el operador ocupa primero un punto conocido, apunta el cabezal del instrumento a un objetivo o prisma que existe en otro punto conocido o a lo largo de un acimut, que se mantendrá como punto de referencia (apuntando con la retícula dentro del ocular) y luego sosteniendo esa línea como un ángulo de 00°00'̣00“̣. Luego, el operador girará el cabezal del instrumento hacia un objetivo o característica que se observará como punto de referencia y registrará el AR (ángulo recto) a partir del punto de referencia medido por el instrumento en el que se produce un ángulo horizontal. El error angular en el instrumento, así como el error de colimación, se pueden mitigar en muchas estaciones totales realizando una recopilación de conjuntos. Esto implica observar los ángulos registrados una cantidad igual de veces en los modos "directo" e "inverso", apuntando el punto de referencia y el punto de referencia observados con el instrumento de frente a los objetivos de manera normal, así como con el telescopio invertido o "hundido" 180°. Los conjuntos de ángulos registrados tomados de cada objetivo se promediarán y se generará un ángulo medio. [3]
La medición de la distancia se realiza con una señal portadora infrarroja modulada , generada por un pequeño emisor de estado sólido dentro de la trayectoria óptica del instrumento y reflejada por un prisma reflector o el objeto bajo estudio. El patrón de modulación en la señal de retorno es leído e interpretado por la computadora en la estación total. La distancia se determina emitiendo y recibiendo múltiples frecuencias y determinando el número entero de longitudes de onda hasta el objetivo para cada frecuencia . La mayoría de las estaciones totales utilizan reflectores de prisma de vidrio (topográficos) especialmente diseñados para la señal EDM. Una estación total típica puede medir distancias de hasta 1500 metros (4900 pies) con una precisión de aproximadamente 1,5 milímetros (0,059 pulgadas) ± 2 partes por millón. [4]
Las estaciones totales sin reflector pueden medir distancias a cualquier objeto que sea de color razonablemente claro, hasta unos pocos cientos de metros .
Las coordenadas de un punto desconocido en relación con una coordenada conocida se pueden determinar utilizando la estación total siempre que se pueda establecer una línea de visión directa entre los dos puntos. Los ángulos y las distancias se miden desde la estación total hasta los puntos bajo estudio, y las coordenadas ( X , Y y Z ; o coordenadas este, norte y elevación ) de los puntos estudiados en relación con la posición de la estación total se calculan utilizando trigonometría y triangulación .
Para determinar una ubicación absoluta, una estación total requiere observaciones en la línea de visión y puede instalarse sobre un punto conocido o con línea de visión hacia 2 o más puntos con ubicación conocida, lo que se denomina estacionamiento libre . [5] [6]
Por este motivo, algunas estaciones totales también cuentan con un receptor del sistema global de navegación por satélite (GNSS) y no requieren una línea de visión directa para determinar las coordenadas. Sin embargo, las mediciones GNSS pueden requerir períodos de ocupación más prolongados y ofrecer una precisión relativamente pobre en el eje vertical. [5]
Algunos modelos incluyen almacenamiento electrónico de datos interno para registrar la distancia, el ángulo horizontal y el ángulo vertical medidos, mientras que otros modelos están equipados para escribir estas mediciones en un recolector de datos externo , como una computadora de mano.
Cuando se descargan datos de una estación total a una computadora, se puede utilizar un software de aplicación para calcular los resultados y generar un mapa del área estudiada. La última generación de estaciones totales también puede mostrar el mapa en la pantalla táctil del instrumento inmediatamente después de medir los puntos.
La mayoría de los proyectos de excavación o mapeo a gran escala se benefician enormemente del uso competente de estaciones totales. Las utilizan principalmente los agrimensores e ingenieros civiles , ya sea para registrar características como en el levantamiento topográfico o para establecer características (como caminos, casas o límites). Las utilizan la policía, los investigadores de la escena del crimen, los reconstruccionistas de accidentes privados y las compañías de seguros para tomar medidas de las escenas. Las estaciones totales también son utilizadas por los arqueólogos, ya que ofrecen una precisión milimétrica difícil de lograr con otras herramientas, así como flexibilidad en la ubicación de la instalación. Resultan cruciales para registrar la ubicación de los artefactos, las dimensiones arquitectónicas y la topografía del sitio. [7]
Las estaciones totales son el principal instrumento de medición utilizado en la topografía minera .
Se utiliza una estación total para registrar la ubicación absoluta de las paredes, los techos (partes traseras) y los pisos del túnel a medida que se perforan las galerías de una mina subterránea. Los datos registrados se descargan luego en un programa CAD y se comparan con el diseño del túnel.
El equipo de inspección instala estaciones de control a intervalos regulares. Se trata de pequeños tapones de acero instalados en pares en agujeros perforados en las paredes o en la parte trasera. Para las estaciones de pared, se instalan dos tapones en paredes opuestas, formando una línea perpendicular a la galería. Para las estaciones traseras, se instalan dos tapones en la parte trasera, formando una línea paralela a la galería.
Se puede utilizar un conjunto de tapones para ubicar la estación total instalada en una galería o túnel procesando las mediciones en los tapones por intersección y resección .
Las estaciones totales se han convertido en el estándar más alto para la mayoría de las formas de diseño de construcción. [ ¿según quién? ]
Se utilizan con mayor frecuencia en los ejes X e Y para trazar las ubicaciones de las penetraciones desde los servicios subterráneos hasta los cimientos, entre los pisos de una estructura, así como las penetraciones en el techo.
Debido a que cada vez más trabajos de construcción comercial e industrial se han centrado en el modelado de información de construcción (BIM), las coordenadas de casi todas las tuberías, conductos, ductos y soportes de suspensión están disponibles con precisión digital. [ aclaración necesaria ] La aplicación de la comunicación de un modelo virtual a una construcción tangible elimina potencialmente los costos de mano de obra relacionados con el traslado de sistemas mal medidos, así como el tiempo dedicado a diseñar estos sistemas en medio de un trabajo de construcción en pleno desarrollo. [ cita requerida ]
Los meteorólogos también utilizan estaciones totales para rastrear globos meteorológicos y determinar vientos en altura. Conociendo o suponiendo la velocidad media de ascenso del globo meteorológico, los cambios en el acimut y las lecturas de elevación proporcionadas por la estación total a medida que rastrea el globo meteorológico a lo largo del tiempo se utilizan para calcular la velocidad y la dirección del viento a diferentes altitudes. Además, la estación total se utiliza para rastrear globos de techo para determinar la altura de las capas de nubes. Estos datos de viento en altura se utilizan a menudo para la previsión meteorológica de la aviación y el lanzamiento de cohetes.
